Создание «полевого госпиталя на чипе» для солдат

Профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Джозеф Ван получил грант в размере $1.6 млн от U.S. Office of Naval Research (ONR) на разработку носимой системы «полевой госпиталь на чипе».

Автоматизированная система будет непрерывно анализировать пот, слезы или кровь солдата на предмет биомаркеров, сигнализирующих о типичных боевых травмах: шоке, повреждении мозга, травме или усталости. При обнаружении проблемы система автоматически введет необходимое лекарство, начиная лечение до прибытия в госпиталь.

«Поскольку большинство смертей на поле боя происходит в первые 30 минут после ранения, быстрая диагностика и лечение критически важны для повышения выживаемости», — отметил Джозеф Ван, главный исследователь проекта.

Принцип работы: от биомаркеров к лечению

Система должна быть малоинвазивной и одновременно отслеживать несколько биомаркеров. Ключевая технология — «ферментная логика», разработанная со-руководителем проекта Евгением Кацем (Clarkson University). Ферменты не только измеряют биомаркеры (например, лактат, кислород, норадреналин, глюкозу), но и выполняют логические операции для постановки диагноза.

Как это работает:

• Ферменты на сенсорных электродах преобразуют биомаркеры в продукты (например, перекись водорода H₂O₂).
• Изменения концентраций этих продуктов кодируются в цифровые сигналы — последовательности 1 и 0.
• Конкретный паттерн сигналов указывает на тип травмы и автоматически запускает предопределенный план лечения через «умные» материалы, высвобождающие лекарства.

«Нас интересуют только единицы и нули. Их комбинация выявит тип травмы и автоматически запустит правильное лечение», — пояснил Ван.

Вызовы и перспективы

Одна из главных технических задач — перенести работу ферментной логики из раствора на носимые электроды. В первые два года проекта фокус будет на разработке сенсорных систем.

К концу четырехлетнего проекта ученые планируют создать рабочий прототип, способный обнаруживать различные комбинации биомаркеров травм с помощью ферментной логики. Параллельно будет вестись разработка сигнал-чувствительных мембран для доставки лекарств и систем связи между сенсорами и системой ввода препаратов.

«Мы надеемся, что наша система мониторинга и лечения совершит революцию в помощи раненым солдатам и значительно повысит их выживаемость», — заявил Ван.

Разработка такого интерфейса между сложными физиологическими процессами и имплантируемыми устройствами может оказать более широкое биомедицинское воздействие, реализуя цель персонализированной медицины — автономную, индивидуальную помощь «по требованию».

Источник: University of California - San Diego